全球变化- 杨学祥工作室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/杨学祥 吉林大学地球探测科学与技术学院退休教授,从事全球变化研究。

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球面地震学:地震会“跳远”新发现有望改变地震预测模型

已有 2686 次阅读 2017-6-1 15:53 |个人分类:学术争论|系统分类:观点评述| 拉马德雷冷位相, 特大地震活跃期, 潮汐形变, 扁率变化

球面地震学:地震会“跳远”新发现有望改变地震预测模型

                                         杨学祥,杨冬红


   地震会“跳远”新发现有望改变地震预测模型

一个有关地震的经验法则正在被打破。数十年来,地震学家假设个别断层(以及更长断层上的孤立碎片)的断裂与其他断层无关。这就限制了一个断裂带能产生的潜在地震的最大量级。但20161114,一场7.8级地震袭击了新西兰,随后新西兰南岛中部地区发生了震级大小不等的余震约860次。这也是该岛近代史上规模最大的地震之一,而它摧毁的不仅是道路和房屋,还动摇了人们对地震的认识。近日,一项新研究显示,这场被称为凯伊库拉地震的强震至少涉及12个不同的断裂带,而且,其中一些距离很远,曾被认为彼此之间不会产生影响。

http://tech.gmw.cn/2017-04/06/content_24139800.htm


球面地震学:月亮赤纬角变化导致地壳潮汐形变和扁率变化

地球是一个旋转体,日月引潮力导致地球扁率周期性变化,其证据就是地球自转速度的周期变化。

地球扁率变大时,低纬度圈和赤道圈突起扩张,高纬度圈凹陷收缩;地球扁率变小时,低纬度圈和赤道圈凹陷收缩,高纬度圈突起扩张。

南北纬35度线是地球形变的不变线,高低纬度以此线分界。

地震会“跳远”新发现表明,低温度地区的地震和高纬度地区的地震是相互激发的,一处大震为另一处大震的发生创造了条件。

潮汐组合和潮汐形变的特征

北风型潮汐组合:日月大潮与月亮赤纬角最小值0度的日期相距不超过三天,两者叠加,潮汐强度大,地球扁率变大,自转变慢,有利于拉尼娜发展,潮汐使两极空气向赤道流动,可激发地震火山活动和冷空气活动。此种类型的潮汐组合,北风活动较强,降温现象明显,有利于沙尘天气形成。

南风型潮汐组合:日月大潮与月亮赤纬角最大值的日期相距不超过三天,两者叠加,潮汐强度大,地球扁率变小,自转变快,有利于厄尔尼诺发展,潮汐使赤道空气向两极流动,可激发地震火山活动和暖空气活动,有利于低层偏南风的发展,带来较多水汽,造成部分地方出现大雾天气。此种类型的潮汐组合,南风活动较强,增温现象明显,有利于雾霾天气形成。

这是地震形成13.6天周期变化的原因,一般称为双周循环。


月亮赤纬角极大值变化的18.6年周期

月亮赤纬角极大值不是固定不变的,在18.6-28.6度之间变化,周期为18.6年。


图 1 1896-1980年8级以上地震分布
Fig. 1  Thedistribution of global earthquakes(Ms8)from 1896 to 1980

1 是根据公元1896年至公元1980年全球8级以上地震目录编绘的。在月亮赤纬角最小时的1905-1906年、1923-1925年、1941-1942年、1959-1960年、1977-1979年,地球平均扁率变大,地球自转变慢;在月亮赤纬角最大时的1896-1897年、1913-1914年、1931-1932年、1949-1951年、1968-1970年,地球平均扁率变小,地球自转变快。8级以上地震高潮也有相应的约9年变化周期:1897- 1906- 1914- 1923- 1932-1941- 1950- 1960- 1971- 1978年。1890-1924年和1947-1976年的拉马德雷冷位相对应8级以上地震频发期,1925-1946年的拉马德雷暖位相对应8级以上地震的减少时期。

应该说明的是,1960522智利南部发生9.5级地震,释放能量相当于8.5级地震的30倍。20世纪共有49级以上特大地震都发生在一个很短的时期内:1952114堪察加发生9级地震,195739日阿拉斯加阿留申群岛发生9.1级地震,1960522智利发生9.5级地震,1964328日阿拉斯加威廉王子海峡发生9.2级地震。因此,在1952-1964年和月亮赤纬角最小值时的1959-1960年地震活动也很强烈。


特大地震路线图:往返于冰川消融山区和海平面上升的沿海地震带

我们在200861指出,全球变暖导致山地和两极冰盖溶化,全球海平面上升,山地失去冰盖负载减少,将均衡上升;海洋水面上升增加负载,将均衡下沉。这就是冰川地壳均衡和水均衡运动[1-3]。根据山东防震减灾信息网的资料,自2004年到2007年,印度尼西亚苏门答腊岛发生了48级以上地震,中国和日本各2次,其他地区2次(见表1)。

地球是一个扁球体,一处地震变形,为另一处的地震变形提供了条件[4]。这就构成了强震的路线图。表1的地震从中国开始,又回到中国,这一闭合路线为下一次强震的发生提供了有价值的线索。

青藏高原是世界屋脊,近30年冰盖融化显著,自然是地壳均衡最强烈的地区。中国地震后,陆海地壳的负荷在内陆地区得到大致调整,接下来就是在陆海连接处的岛弧发生强震。岛弧强震是全球范围的,遍布东西太平洋和印度洋。这就完成了一个循环。

如果上述规律成立,下一个8级以上强震就必定发生在陆海连接处,按路线图,危险性的排列为:日本、印尼、堪察加半岛附近高纬度地区、南北美太平洋沿海地区。其中,日本、俄罗斯和印尼发生强震的风险最大,其后是南北美太平洋沿海地区。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-489273.html

2010年智利8.8级地震、2011年日本9级地震、2012年印尼8.6级地震证实了这一预测。

除了8.5级以上地震集中在拉马德雷冷位相时期的统计特征外,另一个重要的统计特征更值得关注:海岛的9级地震发生后,8.5级以上地震连续发生,这对日本地震有参考意义。200420052007年、2012年的连续4年中,印尼苏门答腊岛发生了48.5级以上地震。日本的后续地震不得不防。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-425007.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-893759.html


海岛9级地震发生后,8.5级以上地震连续发生

我在2012830指出,20041226印尼苏门答腊9.1级地震表明印度大陆向北挤压亚洲大陆进入高潮,欧亚地震带处于活跃期。

2011311日本9级地震表明太平洋地壳挤压亚洲东部增强,环太平洋地震带进入活跃期,是北半球强震开始的信号。日本、俄罗斯和美国发生特大地震的可能性最大。

除了8.5级以上地震集中在拉马德雷冷位相时期的统计特征外,另一个重要的统计特征更值得关注:海岛的9级地震发生后,8.5级以上地震连续发生,这对日本地震有参考意义。200420052007年的连续4年中,印尼苏门答腊岛发生了38.5级以上地震(2012411印尼苏门答腊发生8.6级地震,2004年以来共发生48.5级以上地震);阿拉斯加半岛在195719641965年也发生了3次强震(见表1-2)。日本的后续地震不得不防。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-425007.html

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=539829

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-607387.html

http://blog.gmw.cn/u/466/archives/2005/8795.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-365593.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-694731.html

地震数据统计表明,1889年以来,全球大于等于8.5级的地震共23次,在1889-1924年发生6次(国外资料1900-19242次),在1925-1945年发生1次(1次),在1946-1977年发生11次(7次),在1978-2003年发生0次(0次),在2004-2012年已发生6次。

规律表明,拉马德雷冷位相时期及其边界是全球强震的集中爆发时期。2000年进入了拉马德雷冷位相时期,2000-2035年是全球强震爆发时期。1952年、1957年(国外数据低于9级)、1960年、19644场特大地震就发生在1947-1976年拉马德雷冷位相时期前17年(见表1-2)。全球大于等于8.5级的地震发生在1947-1976年拉马德雷冷位相时期前18年。

这一统计规律是我们在2006年发现的,当时2000-2006年只发生了2次大于等于8.5级的地震,后来又发生了4次,证实了这一统计规律的可预测性,持续发生的截止时间大约为2018年。

1  1890年以特大地震和PDO(太平洋十年涛动,亦称拉马德雷)冷位相对应关系

年代

8.5级以上地震次数

全球9级以

上地震次数

PDO时间位相

气候冷暖

全球

中国

1890-1924

64

1

0

1890-1924

低温期

1925-1945

11

0

0

1925-1946

温暖期

1946-1977

117

1

4

1957-1976

低温期

1978-1999

00

0

0

1977-1999

温暖期

2000-2012

66

0

2

2000-2030

低温期?

注:括号内为国外数据。


2  全球1890-20128.5级以上地震的分布特征

序号

地震时间

地震地点

震级

所在纬度

月亮赤纬角

拉马德雷

1

1896-06-15

日本三陆

8.6

北纬39.3

最小值

冷位相

2

1906-01-31

厄瓜多尔

8.8

南纬0

最大值

冷位相

3

1922-11-11

智利

8.5

南纬28.55

最大值

冷位相

4

1923-02-03

俄罗斯堪察加半岛

8.5

北纬55

最大值

冷位相

5

1938-02-01

印尼班大海

8.5

南纬7

暖位相

6

1950-08-15

中国西藏

8.6

北纬28.9

最大值

冷位相

7

1952-11-04

俄罗斯堪察加半岛

9.0

北纬55

最大值

冷位相

8

1957-03-09

阿拉斯加

8.6

北纬51.57

冷位相

9

1960-05-22

智利

9.5

南纬38.29

最小值

冷位相

10

1963-10-13

俄罗斯库页岛

8.5

北纬44.9

冷位相

11

1964-03-27

阿拉斯加威廉王子湾

9.2

北纬61.1

冷位相

12

1965-02-04

阿拉斯加

8.7

北纬51.21

冷位相

13

2004-12-26

印尼苏门答腊

9.1

北纬3.9

冷位相

14

2005-03-28

印尼苏门答腊

8.6

北纬3.9

最大值

冷位相

15

2007-09-12

印尼苏门答腊

8.5

北纬3.9

最大值

冷位相

16

2010-02-27

智利

8.8

南纬36.12

冷位相

17

2011-03-11

日本

9.0

北纬38.1

冷位相

18

2012-04-11

印尼苏门答腊

8.6

北纬2.30

冷位相

注:1890-1924年、1047-1976年、2000-2035年为拉马德雷冷位相时期,1925-1946年、1977-1999年为拉马德雷暖位相时期。

从表2 中可以看到,特大地震在高地纬度之间相间发生。

从表2 中可以看到,特大地震在月亮赤纬角最大值发生的概率最大,在月亮赤纬角最小值发生的概率较小。这符合2014-2016年月亮赤纬角最小值时期特大地震没有发生的实际情况。预计2017-2018年,特大地震可能集中发生,与1963-1965年特大地震连续发生相一致。

参考文献


杨冬红,杨学祥。“拉马德雷”冷位相时期的全球强震和灾害。西北地震学报。2006281):95-96

杨冬红,杨学祥,刘财。20041226印尼地震海啸与全球低温。地球物理学进展。2006213):1023-1027

杨学祥,杨冬红。拉马德雷冷位相时期的灾害链。见:高建国主编,苏门答腊地震海啸影响中国华南天气的初步研究——中国首届灾害链学术研讨会论文集。气象出版社,2007200-204

杨学祥。灾害链规律不容忽视。文汇报。科技文摘专刊(第683期)。200832第五版。

杨学祥, 杨冬红. 全球进入特大地震频发期. 百科知识2008.07,《百科知识》2008/07, 8-9.

杨学祥。灾害链规律不容忽视。《地理教学》,2008,(5):1-3

杨冬红,杨德彬,杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011544):926-934.

LiGuoqing.27.3-dayand13.6-dayatmospherictide and lunar forcing on atmosphericcirculation [J]. Adv.Atmos.Sci. 2005, 22:359-374.

杨冬红,杨学祥.全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”.地球物理学进展.2008, Vol. 23 (6): 18131818YANG Dong-hong, YANGXue-xiang. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdownof global warming. Progressin Geophysics. 2008, 23 (6): 18131818.



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地震会“跳远”新发现有望改变地震预测模型

2017-04-06 08:22 来源:中国科学报  2017-04-06 08:22:26来源:中国科学报作者:责任编辑:战钊


凯伊库拉地震使怀帕帕湾暗礁升高数米。图片来源:Andrew Spencer


  一个有关地震的经验法则正在被打破。数十年来,地震学家假设个别断层(以及更长断层上的孤立碎片)的断裂与其他断层无关。这就限制了一个断裂带能产生的潜在地震的最大量级。但20161114,一场7.8级地震袭击了新西兰,随后新西兰南岛中部地区发生了震级大小不等的余震约860次。这也是该岛近代史上规模最大的地震之一,而它摧毁的不仅是道路和房屋,还动摇了人们对地震的认识。近日,一项新研究显示,这场被称为凯伊库拉地震的强震至少涉及12个不同的断裂带,而且,其中一些距离很远,曾被认为彼此之间不会产生影响。

  凯伊库拉地震显示,科学家低估了看似独立的断层出现滑动的可能性,或误判了地震可能产生的危害。这些断层的滑动可能让地震更强烈。“我们认为大家应该警惕。”美国地质调查局地震学家、加州地震灾害模型团队负责人Ned Field说。基于此,该团队近日升级了美国出现强震的可能性。

  “长期以来,人们认为如果断裂带之间的距离为5公里,就会阻止断裂继续蔓延。”新西兰地质与核子科学研究所大地测量学家IanHamling说,“最大的震惊主要来自事件本身的复杂程度。我认为,世界上没有任何地震危险预测模型此前曾考虑过这种可能性,就是断裂在一些断层与断层间的明显跳跃。”

  但越来越多的证据开始驳斥这一观点。例如,2010年墨西哥发生7.2级地震,而断裂在断裂带之间跳过了10公里距离。2011年,9级的日本东北地震也比人们预想的强烈,原因是之前被认为相互独立的数个断裂段发生破裂。而Field表示,凯伊库拉地震提供了最引人注意的证据,显示人们需要新的地震风险评估策略。

  基于实地考察、地震数据、GPS测量结果和卫星雷达图像,Hamling和同事发现,新西兰地震导致的地表断裂十分松散,有的甚至间隔15公里。由于地震量级与断层破裂长度直接相关,新西兰地震震级明显比断裂没有跳过断层所产生的地震更大。

  这一现象不仅会增加潜在地震的最大量级,还会改变大地震出现的几率:一旦更多断层可能同时活动,就会有更多方式汇集成大地震,从而增加其发生的可能性。而且,Field表示,这也意味着大桥和摩天大楼会面临更高风险,它们更易受到在大地震中长时间释放的地震波的影响。

  加州正带头示范应对这些更大更复杂地震的方法。该州最近一次地震预报发生在2015年,Field及其同事发布的模型精确了断层分段原则,并首次涵盖了多重独立断裂带同时断裂的可能性。Field表示,虽然这一模型使用的仍是5公里就能中断断层同时破裂,但它将该州的大多数断层联系在一起。

  而这些变化将加州在未来30年里发生8级及以上地震的可能性从4.7%提高到7%。但由于断层系统只能释放与构造板块摩擦产生的一致的能量,因此大地震频率的增加意味着没有太多能量产生小地震。例如,对加州而言,发生6.7级左右地震的可能性降低了30%,而相比之前的模型,这与历史记录更接近。

  “这朝着真实再现断层相互作用更近了一步。”Field说。目前,新模型已经被用于更新该州的地震灾害地图,以便为建筑物和其他重要设施的设计提供信息。

  目前,科学家仍在研究凯伊库拉地震中那些距离15公里的看似不相关的断层。Hamling团队推断之前未在地图上标注的地表附近的断层,帮助在这些空隙上“架构了桥梁”,表明隐藏的断层也可能是未知的风险源。

  不过,加州理工学院地质学家Jean-Philippe Avouac表示,断层发生同时断裂可能甚至不需要物理连接。一个可能的解释是,一个断裂带产生的地震波有足够的能量引发遥远断裂带的滑动,这一过程也被称为动态触发。“我不确定是否需要真实的连接。”Avouac说。

  无论如何,该论文合作者、新西兰地质与核子科学研究所地震地质学家Kate Clark表示,新西兰地震不仅会影响未来地震模型,还会改变科学家对过去地震的理解。Clark寻找了之前地震引发的沿海地区升高的地质记录,这些升高不太可能是由一次一个断裂带断裂引发的。“我们可能误解了之前的一些沿海地区升高的记录,并可能过于简化了过去发生的地震的‘情节’。”(唐一尘编译)

[责任编辑:战钊]

http://tech.gmw.cn/2017-04/06/content_24139800.htm


温室气体的最大危害:改变全球地表质量分布导致特大地震频发

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